PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 37 do IME 2022
Bicarbonato de sódio reage estequiometricamente, em processo isotérmico a 300\ \text{K}, com 50\ \text{mL} de uma solução aquosa de um ácido monoprótico forte, em um recipiente rígido e fechado que, quando vazio, apresenta um volume útil de 74{,}9\ \text{mL}, conforme o esboço abaixo:

O cristal piezoelétrico tem espessura (t) de 2\ \text{mm} e suscetibilidade voltaica (\Phi) de 0{,}050\ \text{V}.(\text{m}.\text{Pa})^{-1} e, quando a reação atinge o equilíbrio, fornece um potencial elétrico (U) de 1{,}0\ \text{V}. Considere a solubilidade molar de gases na água desprezível e a constante universal dos gases R = 8{,}3\ \text{J}.(\text{mol}.\text{K})^{-1}. Se o volume reacional é constante e igual ao volume da solução ácida inicial, a concentração molar inicial da solução do ácido monoprótico, em \text{mol}.\text{L}^{-1}, é:
- A6
- B2
- C0{,}6
- D0{,}002
- E0{,}006
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Resolução comentada
O cristal mede a pressão pela relação U = \Phi\, t\, P. Com U = 1{,}0\ \text{V}, \Phi = 0{,}050\ \text{V}/(\text{m}\cdot\text{Pa}) e t = 2\times10^{-3}\ \text{m}:
- Pressão: P = \dfrac{U}{\Phi t} = \dfrac{1{,}0}{0{,}050\cdot 2\times10^{-3}} = 1{,}0\times10^{4}\ \text{Pa}.
A reação é \ce{HA + NaHCO3 -> NaA + H2O + CO2}. Cada mol de ácido gera 1 mol de \ce{CO2}. Como a solubilidade do gás na água é desprezível, todo o \ce{CO2} fica na fase gasosa. O volume de gás é o volume útil menos o da solução:
-
V_{gas} = 74{,}9 - 50 = 24{,}9\ \text{mL} = 24{,}9\times10^{-6}\ \text{m}^3.
-
Quantidade de \ce{CO2} (a pressão medida é a do gás; a pressão do ar inicial é ignorada, pois o enunciado trata o recipiente como contendo apenas o gás da reação):
n = \frac{PV}{RT} = \frac{1{,}0\times10^{4}\cdot 24{,}9\times10^{-6}}{8{,}3\cdot 300} = \frac{0{,}249}{2490} = 1{,}0\times10^{-4}\ \text{mol} -
Esse valor é a quantidade de ácido em 50\ \text{mL} (0{,}05\ \text{L}):
M = \frac{1{,}0\times10^{-4}}{0{,}05} = 2\times10^{-3}\ \text{mol/L}
Alternativa D.
Pegadinha: As alternativas variam por potências de dez, enganando quem erra a conversão de mL, mm e Pa.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AErra as potências de dez na conversão de unidades (mL para m³ e mm para m).
- BErra as potências de dez na conversão de unidades (mL para m³ e mm para m).
- CErra as potências de dez na conversão de unidades (mL para m³ e mm para m).
- EUsa o volume gasoso ou o volume da solução de forma incorreta (por exemplo, 74,9 mL como volume de gás), resultando em 0,006.
Assuntos: gases ideais, estequiometria, concentração molar.
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Fonte: IME 2022 · Prova objetiva. Prova oficial ↗